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本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 27 頁 共 27 頁
1 引言
1.1塑料模具發(fā)展現(xiàn)狀
隨著中國當前的經(jīng)濟形勢的日趨好轉，在“實現(xiàn)中華民族的偉大復興”口號的倡引下，中國的制造業(yè)也日趨蓬勃發(fā)展；而模具技術已成為衡量一個國家制造業(yè)水平的重要標志之一，模具工業(yè)能促進工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的發(fā)展和質(zhì)量提高，并能獲得極大的經(jīng)濟效益，因而引起了各國的高度重視和贊賞。[8]在日本，模具被譽為“進入富裕的原動力”，德國則冠之為“金屬加工業(yè)的帝王”，在羅馬尼亞則更為直接：“模具就是黃金”?？梢娔＞吖I(yè)在國民經(jīng)濟中重要地位。我國對模具工業(yè)的發(fā)展也十分重視，早在1989年3月頒布的《關于當前國家產(chǎn)業(yè)政策要點的決定》中，就把模具技術的發(fā)展作為機械行業(yè)的首要任務[1,2]。
近年來，塑料模具的產(chǎn)量和水平發(fā)展十分迅速，高效率、自動化、大型、長壽命、精密模具在模具產(chǎn)量中所戰(zhàn)比例越來越大。注塑成型模具就是將塑料先加在注塑機的加熱料筒內(nèi)，塑料受熱熔化后，在注塑機的螺桿或活塞的推動下，經(jīng)過噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔內(nèi)，塑料在其中固化成型。[3,4]
本次畢業(yè)設計的主要任務是盒蓋注塑模具的設計。也就是設計一副注塑模具來生產(chǎn)盒蓋塑件產(chǎn)品，以實現(xiàn)自動化提高產(chǎn)量。針對盒蓋的具體結構，通過此次設計，使我對點澆口雙分型面模具的設計有了較深的認識。同時，在設計過程中，通過查閱大量資料、手冊、標準、期刊等，結合教材上的知識也對注塑模具的組成結構（成型零部件、澆注系統(tǒng)、導向部分、推出機構、排氣系統(tǒng)、模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)）有了系統(tǒng)的認識，拓寬了視野，豐富了知識，為將來獨立完成模具設計積累了一定的經(jīng)驗。[3～6]
1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析
在國外，注塑模CAE技術的應用已相當普遍，而在我國注塑模具設計仍停留在以經(jīng)驗為主導的設計模式，成熟的注塑模CAE用戶屈指可數(shù)。我國的模具設計還停留在一個比較落后的層次。未來我國模具工業(yè)和技術的主要發(fā)展方向將是：大力普及、廣泛應用CAD/CAE/CAM技術，逐步走向集成化。現(xiàn)代模具設計制造不僅應強調(diào)信息的集成，更應該強調(diào)技術、人和管理的集成。未來我國模具的發(fā)展方向將會向以下方向發(fā)展[7]:
提高大型、精密、復雜與長壽命模具的設計與制造技術，逐步減少模具的進口量，增加模具的出口量。
在塑料注射成型模具中，積極應用熱流道，推廣氣輔或水輔注射成型，以及高壓注射成型技術，滿足產(chǎn)品的成型需要。
提高模具標準化水平和模具標準件的使用率。模具標準件是模具基礎，其大量應用可縮短模具設計制造周期，同時也顯著提高模具的制造精度和使用性能，大大地提高模具質(zhì)量。我國模具商品化、標準化率均低于30%，而先進國家均高于70%，每年我們要從國外進口相當數(shù)量的模具標準件，其費用約占年模具進口額的3%～8%。
發(fā)展快速制造成型和快速制造模具，即快速成型制造技術，迅速制造出產(chǎn)品的原型與模具，降低成本推向市場。
積極研究與開發(fā)模具的拋光技術、設備與材料，滿足特殊產(chǎn)品的需要。
推廣應用高速銑削、超精度加工和復雜加工技術與工藝，滿足模具制造的需要。
開發(fā)優(yōu)質(zhì)模具材料和先進的表面處理技術，提高模具的可靠性。
研究和應用模具的高速測量技術、逆向工程與并行工程，最大限度地提高模具的開發(fā)效率與成功率 [8～9] 。
1.3 Pro/ENGINEER在模具中的應用
Pro/ENGINEER（簡稱Pro/E）是美國參數(shù)技術公司（PTC）于1988年首先推出的使用參數(shù)特征造型技術的大型CAD/CAM/CAE集成化軟件[3]，它集成了零件設計、產(chǎn)品裝配、模具開發(fā)、自動測量和機構模擬等功能，在機械、模具、工業(yè)設計等行業(yè)得到廣泛應用。在模具設計與加工過程中，采用Pro/E軟件可以進行產(chǎn)品造型、模具設計、注射模擬到模具加工。通過模擬仿真對模具型腔的設計進行檢驗，可將問題發(fā)現(xiàn)于正式生產(chǎn)前，大大縮短制模時間，提高模具加工精度。目前采用Pro/E軟件進行模具設計正逐漸成為塑料模具設計的發(fā)展趨勢。
1.3.1 集成制造技術
模具CAD/CAM/CAE系統(tǒng)的集成關鍵是建立單一的圖形數(shù)據(jù)庫，在CAD/CAM/CAE的各單元之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動傳遞與轉換，使CAM/CAE階段完全吸收CAD階段的三維圖形，縮短建模時間并減少誤差；借助計算機對模具性能、結構、加工精度、熔體在模具中的流動情況及模具工作過程中的溫度分布情況等進行分析和優(yōu)化[10～11]。Pro/E軟件采用面向對象的統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫和參數(shù)化造型技術，具備概念設計、基礎設計和詳細設計的功能，為模具的集成制造提供了優(yōu)良的平臺。
1.3.2 并行工程技術
模具采取訂單式的生產(chǎn)方式，屬于單件生產(chǎn)，制造過程復雜，交貨期短；而利用CAD、CAM單元技術制造模具，則制造精度低、周期長。為了解決上述難題，在模具制造過程中引入了并行工程技術[12]。并行工程是設計人員在進行產(chǎn)品零件設計時，就開始考慮模具的成型工藝、模具使用壽命等因素，并進行校對、檢查，預先發(fā)現(xiàn)設計中的錯誤；在初步確立產(chǎn)品的三維模型后，設計、制造及輔助分析部門的設計人員同時進行模具結構設計、工程詳圖設計、模具性能輔助分析及數(shù)控機床加工指令的編程，而且每一個設計者對產(chǎn)品所做的修改可自動反映到其他部門，大大縮短設計、數(shù)控編程的時間[13]。
傳統(tǒng)的串行工藝路線為：模具結構設計→模具型腔、型芯二維設計→工藝準備→模具型腔、型芯設計三維造型→數(shù)控加工指令編程→數(shù)控加工；采用Pro/E軟件將其改為由不同部門設計人員同時進行高度工藝準備的并行路線，不但提高了模具的制造精度，而且可以縮短設計、數(shù)控編程時間達40%以上[14]。
并行工程的關鍵是實現(xiàn)零件三維圖形數(shù)據(jù)共享，使每個設計者所使用的圖形數(shù)據(jù)絕對相同，任何改動均能自動反映給其他設計人員，保證數(shù)據(jù)的唯一性和可靠性[15～16]。Pro/E軟件所具有的單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化實體特征造型技術，為實現(xiàn)并行工程提供了可靠的技術保證。
1.3.3 塑料模具設計專家——EMX
EMX模具設計專家是PTC公司為模具設計人員開發(fā)的專業(yè)模具設計的一個外掛模塊，它能大大縮短模具設計人員創(chuàng)建、定制和細化模架部件以及模具組件所需的時間。EMX提供了智能、自動化模架和模具組件。組件就位后，系統(tǒng)會自動完成相鄰模板和組件上的余隙切口以及鉆孔和螺紋孔的操作，從而把模具設計人員從耗時的、重復性的模具細化工作中解放出來。EMX可以實現(xiàn)以下功能：
（1）快速設計、定制和細化模架部件和組件；
（2）自動完成余隙切口、螺紋孔、組件安裝、頂桿修飾等工作；
（3）可以同時向15個以上的模架及相關模具標準件廠商預先定制模具組件和部件；
（4）自動生成組件和部件的2D工程圖及BOM表；
（5）對開模過程進行動態(tài)仿真及干涉檢查。
1.3.4 塑料模具設計功能
Pro/E中的Moldesign模塊提供了方便、實用的三維模具設計與分析的各種工具，可輔助設計人員由產(chǎn)品的三維模型建立模具、裝配模型，設計分型面、澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)等，從而完成模具成型（即凹模和凸模）部分的設計；并利用EMX提供的標準件庫和標準模架庫，完成頂出機構與模具總體裝配設計。
另外可以在Pro/E中進行塑料模具設計。它能讓模具設計人員創(chuàng)建、修改和分析模具構件，并在模具設計變化時，快速將其更新。利用Pro/E進行模具設計，可以實現(xiàn)以下功能[17]：
（1）評估零件：使用“拔模檢測”和“厚度檢測”功能，分析產(chǎn)品零件是否符合開模條件。
（2）創(chuàng)建模具成型零件：裝配模具模型→對零件進行收縮率設置→創(chuàng)建分型面（包括滑塊、嵌件的分型面）→分割工件以創(chuàng)建模具體積塊→抽取模具體積塊來產(chǎn)生模具成型零件（模具零件的實體模型與產(chǎn)品模型相關，可用于數(shù)控加工）。
（3）組裝模具標準件：組裝注塑模標準模架→模具型腔的放置和陳列→頂桿及其他模具標準件的組建→流道的自動創(chuàng)建→冷卻水路的自動創(chuàng)建（包括3D冷卻水路干涉檢測）→定義開模動作，進行開模模擬及干涉檢查。
（4）創(chuàng)建模具工程圖：生成二維模具工程圖，以指導模具生產(chǎn)。
總之，采用Pro/E軟件進行塑料模具設計，可大大縮短設計時間，降低成本，提高設計精度和效率。
2 模具結構形式
2.1 確定型腔數(shù)量及排列方式
型腔的數(shù)量是由廠方給定，為“一出二”即一模二腔。
2.2 模具結構形式的確定
由于塑件外觀質(zhì)量要求高，尺寸精度要求一般，且裝配精度要求高，因此我們設計的模具采用多型腔單分型面。根據(jù)本塑件的結構，模具將會采用兩個分模面，一個分型面。
2.3 材料性能分析
此塑件為專用零件，其材料為聚丙烯（PP本色）與聚甲醛（BASF N2320 300）。PP 有優(yōu)良的介電性能，耐水性，化學穩(wěn)定性，成型性好，吸水性小，熔融狀態(tài)流動性好。但是收縮率大，易產(chǎn)生縮孔，凹痕，變形等缺陷，成型溫度低時，方向性明顯，凝固速度較快，易產(chǎn)生內(nèi)應力。因此應注意控制成型溫度，模具溫度。
甲醛是結晶度很高的高聚物，他的突出特點是綜合力學性能好，其強度，硬度很高，尤其是彈性模量很大，具有與金屬材料較為接近的比強度和比剛度并具有好的耐磨性和小的摩擦系數(shù)。他的吸水性小成型前可不必進行干燥其制件尺寸穩(wěn)定性好可以制造較精密的零件。但其熔融溫度范圍小，熔融和凝固速度快，制件容易產(chǎn)生毛班，褶皺，熔接痕等表面缺陷，并且收縮率大，熱穩(wěn)定性差，這些都應在設備調(diào)整和工藝參數(shù)及模具溫度控制等方面采取措施。
上兩種材料均可以采用一般熱塑性塑料的成型方法生產(chǎn)塑料制件，如注射，擠出，真空等。
制件如圖2.1；
圖2.1 工件圖
2.4 注射機型號的確定
由塑料制件尺寸計算，其成型零件體積約為9907mm3固出選XS-ZS-22柱塞臥式注射機其主要參數(shù)為：
額定注射量 30，20cm3
注射壓力 75，117MP
柱塞直徑 25*2，20*2mm
注射行程 130mm
合模力 250KN
最大合模行程 160mm
模具最大厚度 180mm
模具最小厚度 60mm
動，定模固定板尺寸 250*280mm
拉桿空間 235mm
2.4.1鎖模力的校核
鎖模力公式如下：
其中：p—作用于模面的壓力kg;
q—型腔內(nèi)塑料壓力kg/cm2，取經(jīng)驗值=200~400kg/cm2
F---------制件在分型面上的最大投影面積cm2
F=1/4π(75.42-42.62) =3038.3mm2=30.38cm2
P=400*30.38=12152kg=125.152kn<250kn
則鎖模力滿足要求。
3 殼體模具的設計
3.1 分型面位置的確定
如何確定分型面，需要考慮的因素比較復雜。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設計、塑件的結構工藝性及精度、嵌件位置形狀以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，因此在選擇分型面時應綜合分析比較，從幾種方案中優(yōu)選出較為合理的方案。選擇分型面時一般應遵循以下幾項原則：
（1）分型面應選在塑件外形最大輪廓處。
（2）便于塑件順利脫模，盡量使塑件開模時留在動模一邊。
（3）保證塑件的精度要求。
（4）滿足塑件的外觀質(zhì)量要求。
（5）便于模具加工制造。
（6）對成型面積的影響。
（7）對排氣效果的影響。
（8）對側向抽芯的影響。
其中最重要的是便于模具加工制造和便于塑件順利脫模，盡量使塑件開模時留在動模一邊。為了便于模具加工制造，應盡是選擇平直分型面工易于加工的分型面,所以此次在零件最大圓處設分型面在運動時成型零件在動模部分這樣便于下一步的脫模。
具體位置如下圖3.1：
圖3.1 工件分型面
所以取A-A分型面。
3.2 澆注系統(tǒng)形式和繞口的設計
3.2.1 主流道設計
（1）主流道尺寸
主流道是一端與注射機噴嘴相接觸，另一端與分流道相連的一段帶有錐度的流動通道。主流道小端尺寸為3.5 mm～4mm。
（2）主流道襯套的形式
主流道小端入口處與注射機噴嘴反復接觸，屬易損件，對材料要求較嚴，因而模具主流道部分常設計成可拆卸更換的主流道襯套形式，以便有效的選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨進行加工和熱處理。主流道襯套結構如圖3.2。
圖3.2主流道襯套結構
（3）主流道襯套的固定
因為采用的有交口套，所以用定位圈配合固定在模具的面板上。定位圈也是標準件，外徑為Φ120mm，內(nèi)徑Φ35mm。具體固定形式如下圖3.3所示：
圖3.3主流道襯套固定結構
（4）分流道設計
在多型腔或單型腔多澆口（塑件尺寸大）時應設置分流道，分流道是指主流道末端與澆口之間這一段塑料熔體的流動通道。它是澆注系統(tǒng)中熔融狀態(tài)的塑料由主流道流入型腔前，通過截面積的變化及流向變換以獲得平穩(wěn)流態(tài)的過渡段。因此分流道設計應滿足良好的壓力傳遞和保持理想的充填狀態(tài)，并在流動過程中壓力損失盡可能小，能將塑料熔體均衡地分配到各個型腔。
為了便于加工及凝料脫模，分流道大多設置在分型面上，分流道截面形狀一般為圓形梯形U形半圓形及矩形等，工程設計中常采用梯形截面加工工藝性好，且塑料熔體的熱量散失流動阻力均不大，一般采用下面的經(jīng)驗公式可確定其截面尺寸：
式中 B―梯形大底邊的寬度（mm）
m―塑件的重量（g）
L―分流道的長度（mm）
H―梯形的高度（mm）
梯形的側面斜角a常取50°～150°，在應用式（式1）時應注意它的適用范圍，即塑件厚度在3.2mm以下，重量小于200g，且計算結果在3.2mm～9.5mm范圍內(nèi)才合理。梯形的側面斜角a常取50°～150°，在應用式（式1）時應注意它的適用范圍，即塑件厚度在3.2mm以下，重量小于200g，且計算結果在3.2mm～9.5mm范圍內(nèi)才合理。本電動機絕緣膠架的體積為約9907mm3，質(zhì)量大約11.8g，分流道的長度預計設計成20mm長,所以：
B=0.2654*11.81/2201/4≈1.93 取B為6mm
H=2/3*6=4mm
梯形小底邊寬度取6mm，其側邊與垂直于分型面的方向約成14.40°。
(5) 分流道長度
分流道要盡可能短，且少彎折，便于注射成型過程中最經(jīng)濟地使用原料和注射機的能耗，減少壓力損失和熱量損失。將分流道設計成直的，總長20mm。
(6) 分流道的表面粗糙度
由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有中心部位的塑料熔體的流動狀態(tài)較為理想，因面分流道的內(nèi)表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取1.6μm左右既可，這樣表面稍不光滑，有助于塑料熔體的外層冷卻皮層固定，從而與中心部位的熔體之間產(chǎn)生一定的速度差，以保證熔體流動時具有適宜的剪切速率和剪切熱。
實際加工時，用銑床銑出流道后，少為省一下模，省掉加工紋理就行了。（省模：制造模具的一道很重要的工序，一般配備了專業(yè)的省模女工，即用打磨機，沙紙，油石等打磨工具將模具型腔表面磨光，磨亮，降低型腔表面粗糙度。）
3.2.2 澆口設計
澆口亦稱進料口，是連接分流道與型腔的通道，除直接澆口外，它是澆注系統(tǒng)中截面最小的部分，但卻是澆注系統(tǒng)的關鍵部分，澆口的位置、形狀及尺寸對塑件性能和質(zhì)量的影響很大。
3.2.3 澆口的選用與排氣系統(tǒng)
澆口可分為限制性和非限制性澆口兩種。我們將采用限制性澆口。限制性澆口一方面通過截面積的突然變化，使分流道輸送來的塑料熔體的流速產(chǎn)生加速度，提高剪切速率，使其成為理想的流動狀態(tài)，迅速面均衡地充滿型腔，另一方面改善塑料熔體進入型腔時的流動特性，調(diào)節(jié)澆口尺寸，可使多型腔同時充滿，可控制填充時間、冷卻時間及塑件表面質(zhì)量，同時還起著封閉型腔防止塑料熔體倒流，并便于澆口凝料與塑件分離的作用。
在這里我們選擇輪輻澆口，輪輻澆口是在內(nèi)側開設的環(huán)行澆口的基礎上加以改進的，由圓周進料改為幾段小圓弧進料，澆口尺寸與側澆口類似。這樣澆口凝料易于去處且用料也有所減少，這列類澆口在生產(chǎn)中比環(huán)行澆口應用廣泛。
3.2.4 排氣設計
在塑料熔體填充注射模腔過程中，模腔內(nèi)除了原有的空氣外，還有塑料含有的水分在注射溫度下蒸發(fā)而形成的水蒸汽，塑料局部分解產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體，塑料助劑揮發(fā)（或化學反應）所產(chǎn)生的氣體以及熱固性塑料交聯(lián)硬化釋放的氣體等；這些氣體如果不能被熔融塑料順利地排出模腔，將在制件上形成氣孔，接縫，表面輪廓不清，不能完全充滿型腔，同時，還會因為氣體被壓縮而產(chǎn)生的高溫灼傷制件，使之產(chǎn)生焦痕，色澤不佳等缺陷。
模具的排氣可以利用排氣槽排氣，分型面排氣，利用型芯，推桿，鑲件等的間隙排氣。PP料推薦的排氣槽深度為0.02。
排氣設計原則：
通常，選擇排氣槽的開設位置時，應遵循以下原則：
（1）排氣口不能正對操作者，以防熔料噴出而發(fā)生工傷事故；
（2）最好開設在分型面上，如果產(chǎn)生飛邊易隨塑件脫出；
（3）最好設在凹模上，以便于模具加工和清模方便；
（4）開設在塑料熔體最后才能填充的模腔部位，如流道或冷料穴的終端；
（5）開設在靠近嵌件和制件壁最薄處，因為這樣的部位最容易形成熔接痕；
（6）若型腔最后充滿部位不在分型面上，其附近又無可供排氣的推桿或活動的型心時， 可在型腔相應部位鑲嵌燒結的多孔金屬塊，以供排氣；
（7）高速注射薄壁型制件時，排氣槽設在澆口附近，可使氣體連續(xù)排出； 若制件具有高深的型腔，那么在脫模時需要對模具設置引氣系統(tǒng)，那是因為制件表面與型心表面之間在脫模過程中形成真空，難于脫模，制件容易變形或損壞。熱固性塑料制件在型腔內(nèi)的收縮小，特別是不采用鑲拼結構的深型腔，在開模時空氣無法進入型腔與制件之間，使制件附粘在型腔的情況比熱塑性制件更甚，因此，必須引入引氣系統(tǒng)。
3.2.5 澆口位置的選擇
模具設計時，澆口的位置及尺寸要求比較嚴格，初步試模后還需進一步修改澆口尺寸，無論采用何種澆口，其開設位置對塑件成型性能及質(zhì)量影響很大，因此合理選擇澆口的開設位置是提高質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，同時澆口位置的不同還影響模具結構?？傊顾芗哂辛己玫男阅芘c外表，一定要認真考慮澆口位置的選擇，通常要考慮以下幾項原則：
（1）盡量縮短流動距離。
（2）澆口應開設在塑件壁厚最大處。
（3）必須盡量減少熔接痕。
（4）應有利于型腔中氣體排出。
（5）考慮分子定向影響。
（6）避免產(chǎn)生噴射和蠕動。
（7）澆口處避免彎曲和受沖擊載荷。
（8）注意對外觀質(zhì)量的影響。
根據(jù)本塑件的特征，綜合考慮以上幾項原則，在型腔設計兩個進澆點。
3.3 冷料穴的設計
在完成一次注射循環(huán)的間隔，考慮到注射機噴嘴和主流道入口這一小段熔體因輻射散熱而低于所要求的塑料熔體的溫度，從噴嘴端部到注射機料筒以內(nèi)約10mm～25mm的深度有個溫度逐漸升高的區(qū)域，這時才達到正常的塑料熔體溫度。位于這一區(qū)域內(nèi)的塑料的流動性能及成型性能不佳，如果這里溫度相對較低的冷料進入型腔，便會產(chǎn)生次品。為克服這一現(xiàn)象的影響，用一個井穴將主流道延長以接收冷料，防止冷料進入澆注系統(tǒng)的流道和型腔，把這一用來容納注射間隔所產(chǎn)生的冷料的井穴稱為冷料穴。
冷料穴一般開設在主流道對面的動模板上（也即塑料流動的轉向處），其標稱直徑與主流道大端直徑相同或略大一些，深度約為直徑的1～1.5倍，最終要保證冷料的體積小于冷料穴的體積，冷料穴有六種形式，常用的是端部為Z字形和拉料桿的形式，具體要根據(jù)塑料性能合理選用。本模具中的冷料穴的具體位置在主流道末端。
3.4 成型零件的設計與加工工藝
模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件稱為成型零件，包括凹模、型芯、鑲塊、成型桿和成型環(huán)等。成型零件工作時，直接與塑料接觸，塑料熔體的高壓、料流的沖刷，脫模時與塑件間還發(fā)生摩擦。因此，成型零件要求有正確的幾何形狀，較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度，此外，成型零件還要求結構合理，有較高的強度、剛度及較好的耐磨性能。
設計成型零件時，應根據(jù)塑料的特性和塑件的結構及使用要求，確定型腔的總體結構，選擇分型面和澆口位置，確定脫模方式、排氣部位等，然后根據(jù)成型零件的加工、熱處理、裝配等要求進行成型零件結構設計，計算成型零件的工作尺寸，對關鍵的成型零件進行強度和剛度校核。
3.4.1 成型零件的結構設計
成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接構成塑件的尺寸。凹、凸模工作尺寸的精度直接影響塑件的精度。該塑件有需要配合的地方，所以對尺寸的要求比較高，成型零件工作尺寸計算方法一般有兩種：一種是平均值法，即按平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量進行計算；另一種是按極限收縮率、極限制造公差和磨損量進行計算；前一種方法簡便，但不適合精密塑件的模具設計，后一種復雜，但能較好的保證尺寸精度。本設計采用平均值法。
（1）凹凸模工作尺寸計算
凹模是成型塑件外形的模具零件，其工作尺寸屬包容尺寸，在使用過程中凹模的磨損會使包容尺寸逐漸變大。因此，為了使得模具的磨損留有修模的余地，以及裝配的需要，在設計模具時，包容尺寸盡量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差。
（a）凹模徑向尺寸的計算
L1=[(1+k)L塑－]
=[(1+0.003)×77.6－×0.46]
=77.4878 mm
式中 L塑———塑料件外行公稱尺寸；
k———塑件的平均收縮率1.5～5.0%；
———塑件的尺寸公差值；模塑件尺寸公差表取MT6級；
———模具制造公差，取塑件相應尺寸公差的1/3～1/6，=；
L2=[(1+k)L塑－]
=[(1+0.003) ×70.6－×0.46]
=70.4668mm
L3=[(1+k)L塑－] =[(1+0.003)×4.8－×0.045]
=4.781mm
L4=[(1+k)L塑－]
=[(1+0.003) ×1.5－×0.034]
=1.497mm
式中 L1—以?77.6加工時凹模的徑向尺寸；
L—以?70.6加工時凹模的徑向尺寸；
L3—以4.8加工時凹模的徑向尺寸；
L4—以1.5加工時凹模的徑向尺寸；
（b）凹模深度尺寸的計算：
H1=[(1+k)H塑－]0
=[(1+0.003)×3－×0.034]
=2.986 mm
H2=[(1+k)H塑－]0
=[(1+0.003)×12.7－×0.11]
=12.6647 mm
式中 H塑———塑件的高度尺寸；
H1———塑件的高度尺寸為3時尺寸；
H2———塑件的高度尺寸為12.7時尺寸。
（2）凸模工作尺寸的計算
凸模是成型塑件外形的，其工作尺寸屬被包容尺寸，在使用過程中凸摸的磨損會使被包容尺寸變小。因此，為了使得模具的磨損留有修模的余地，以及裝配的需要，在設計模具時，被包容尺寸盡量取上限尺寸，尺寸公差取下偏差。
（a）凸模徑向尺寸的計算：
L1=[(1+ k) L塑+]
=[(1+0.003)×4.8+×0.045]
=4.848 mm
式中 L1—以4.8加工時凸模的徑向尺寸；
L2=[(1+ k) L塑+]
=[(1+0.003)×6.8+×0.072]
=6.8744 mm
式中 L2—以6.8加工時凸模的徑向尺寸。
L3=[(1+ k) L塑+]
=[(1+0.003)×1+×0.024]
=1.021 mm
式中 L3—以1加工時凸模的徑向尺寸。
（b）凸模高度尺寸的計算：
H=[(1+k) H塑+]
=[(1+0.003)×9.55+×0.072]
=6.62665 mm
式中 H—凹模深度減去塑件壁厚型芯的理論高度。
（3）中心距尺寸的計算
模具上中心距尺寸與制品上中心距的公差標注均采用雙向等值公差和表示。此外，在中心距尺寸的計算中不考慮磨損量。
L=[(1+ S) L]
=[(1+0.005)×18]
=18.10.09mm
式中 L—模具中心距尺寸； L塑件中心距尺寸，L=18mm
3.5 模架的確定
在注塑成型過程中，型腔主要承受塑料熔體的壓力，因此模具型腔應該具有足夠的強度和剛度。如果型腔壁厚和底版的厚度不夠，當型腔中產(chǎn)生的內(nèi)應力超過型腔材料本身的許用應力[]時，型腔將導致塑性變形，甚至開裂。與此同時，若剛度不足將導致過大的彈性變形，從而產(chǎn)生型腔向外膨脹或溢料間隙。因此，有必要對型腔進行強度和剛度的計算，尤其對重要的，精度要求高的大型塑件的型腔，不能僅憑經(jīng)驗確定。
根據(jù)大型模具按剛度條件設計，按強度校核；小型模具按強度條件設計，按剛度校核原則：
圓行側壁厚度計算公式：
S=r{[(E[δ]/rp-μ+1)/ (E[δ]/rp-μ-1)]1/2-1}
=[(E(δ)+0.75rp)/(E(δ)-1.25rp)]1/2-1
=[（2.1*105*0.04+0.75*75*37.7）/（2.1*105*0.04-1.25*75*37.7）]1/2-1
=1.3384072
式中 ：S-----型腔側壁厚度（mm）；
r---------型腔半徑；37.7 mm
p--------型腔所受的壓力；75 MP
E--------模具材料的彈性模量，E碳鋼取2.1×10；
μ-------模具材料的泊松比；
δ-------模具材料的許用應力。（0.025~0.04mm）
底板厚度計算公式：
h=(0.1785Pr4/Eδ) 1/3=(0.175*75*37.74/2.1*105*0.04)1/3=52.52mm
——型腔壓力，取75MP；
E——模具材料的彈性模量（MP），E取2.1×10；
[]——剛度條件，即允許變形量(mm)，0.025mm～0.04mm取[]=0.04；
注塑模模架國家標準有兩個，即GB/T12556——1990《塑料注射模中小型模架及其技術條件》和GB/T12555——1990《塑料注射模大型模架》。前者適用于模板尺寸為B×L≤560mm×900mm；后者的模板尺寸B×L為（630mm×630mm）～（1250mm×2000mm）。由于塑料模具的蓬勃發(fā)展，現(xiàn)在在全國的部分地區(qū)形成了自己的標準，該設計采用龍記標準模架。
模具高度尺寸的確定
各塊板的厚度已經(jīng)標準化，所需要的只是選擇，如何選擇合理的厚度，這里有兩個尺寸需要注意：
凸模底板厚度和凹模底板厚度；在注射成型時型腔中有很大的成型壓力，當塑件和凝料在分型面上的投影面積很大時，若凸模底板厚度不夠，則極有可能使模架發(fā)生變形或者破壞，所以凸模底板厚度尺寸需要校核才能確定，厚度滿足52.52可滿足要求，為了安全，取底板厚度為〉52.52mm。凹模的底板因為是與注塑機的工作臺接觸的，所受的力傳遞到工作臺上，所以凹模底板的厚度同樣只要留有走冷卻系統(tǒng)的空間就可以，該設計取凹模底板厚度為30 mm。
具體尺寸如下
定模坐板厚度：A=30mm
中間 板 厚度：B=20mm
型腔 板 厚度：C=30mm
模 板：16.*240 mm
推 板：76*140mm
動 模 座 板：厚度=30mm
模具閉合厚度：H=160mm
導 柱：d=16mm
導 套：d1=16mm
3.6 導向與定位機構
注射模的導向機構主要有導柱導向和錐面定位兩種類型。導柱導向機構用于動、定模之間的開合模導向和脫模機構的運動導向。錐面定位機構用于動、定模之間的精密對中定位。
導柱：國家標準規(guī)定了兩種結構形式，分為帶頭導柱和有肩導柱，大型而長的導柱應開設油槽，內(nèi)存潤滑劑，以減小導柱導向的摩擦。若導柱需要支撐模板的重量，特別對于大型、精密的模具，導柱的直徑需要進行強度校核。
導套：導套分為直導套和帶頭導套，直導套裝入模板后，應有防止被拔出的結構，帶頭導柱軸向固定容易。
設計導柱和導套需要注意的事項有：
（1）合理布置導柱的位置，導柱中心至模具外緣至少應有一個導柱直徑的厚度；導柱不應設在矩形模具四角的危險斷面上。通常設在長邊離中心線的1/3處最為安全。導柱布置方式常采用等徑不對稱布置，或不等直徑對稱布置。
（2）導柱工作部分長度應比型芯端面高出6mm～8mm，以確保其導向與引導作用。
（3）導柱工作部分的配合精度采用H7/f7，低精度時可采取更低的配合要求；導柱固定部分配合精度采用H7/k6；導套外徑的配合精度采取H7/k6。配合長度通常取配合直徑的1.5～2倍，其余部分可以擴孔，以減小摩擦，降低加工難度。
（4）導柱可以設置在動模或定模，設在動模一邊可以保護型芯不受損壞，設在定模一邊有利于塑件脫模。
詳細如圖 3.4，圖3.5。
圖3.4 導柱
圖3.5 導套
3.7 頂出系統(tǒng)設計
注射成型每一循環(huán)中，塑件必須準確無誤地從模具的凹?；蛐托旧厦摮?，完成脫出塑件的裝置稱為脫模機構，也稱頂出機構。
脫模機構的設計一般遵循以下原則：
（1）塑件滯留于動模邊，以便借助于開模力驅動脫模裝置，完成脫模動作。
（2）由于塑件收縮時包緊型芯，因此推出力作用點盡量靠近型芯，同時推出力應施于塑件剛性和強度最大的部位。
（3）結構合理可靠，便于制造和維護。
本設計使用簡單的推桿脫模機構，因為該塑件的分型面簡單，結構也不復雜，采用推簡單的脫模機構可以簡化模具結構，給制造和維護帶來方便。在對脫模機構做說明之前，需要對脫模力做個簡單的計算。
3.8 脫模力的計算
塑件在模具中冷卻定型時，由于體積收縮，其尺寸逐漸減小，而將型心包緊，在塑件脫模時，必須克服這個力，這就是脫模力的計算。
影響脫模力的因素有很多，如塑料的收縮率，機構本身的摩擦力，塑料和制件的黏附力以及成型工藝條件等，因此很難用一個公式準確計算，一般采用經(jīng)驗值；脫模力等于1/10～1/20的鎖模力，即12.5152 kn～6.2526kn。
3.9 推桿脫模機構
推桿脫模機構是最簡單、最常用的一種形式，具有制造簡單、更換方便、推出效果好等特點。推桿直接與塑件接觸，開模后將塑件推出。
推桿的截面形狀；可分為圓形，方形或橢圓形等其它形狀，根據(jù)塑件的推出部位而定，最常用的截面形狀為圓形；推桿又分為普通推桿和成型推桿兩種，前者只是起到將塑件推出的作用，后者不僅如此還能參與局部成型，所以，推桿的使用是非常靈活的。
（1）推桿尺寸計算：本設計采用的是推桿推出，在求出脫模力的前提下可以對推桿做出初步的直徑預算并進行強度校核。本設計采用的是方形推桿，并在制件的三個凸爪處設置的固方形推桿的尺寸即為動模凹模尺寸。
（2）推桿的固定形式：推桿的固定形式有多種，但最常用的是推桿在固定板中的形式，此外還有螺釘緊固等形式。
（3）推出機構的導向：當推桿較細或推桿數(shù)量較多時，為了防止因塑件反阻力不均勻而導致推桿固定板扭曲或傾斜折斷推桿或發(fā)生運動卡滯現(xiàn)象，需要在推出機構中設置導向零件，一般稱為推板導柱。
（4）推出機構的復位：脫模機構完成塑件的頂出后，為進行下一個循環(huán)必須回復到初始位置，目前常用的復位形式主要有復位桿復位和彈簧復位。本設計采用彈簧復位機構，彈簧復位機構是一種最簡單的復位方式。推出時彈簧被壓縮，而合模時彈簧的回力就將推出機構復位。
（5）推桿與模體的配合：推桿和模體的配合性質(zhì)一般為H8/f7或H7/f7，配合 間隙值以熔料不溢料為標準。配合長度一般為直徑的1.5～2倍，至少大于10mm，推桿與推桿固定板的孔之間留有足夠的間隙，推桿相對于固定板是浮動的，如圖3.6所示。
圖3.6 推桿
3.10 合模導向機構的設計
導向機構是塑料模必不可少的，因為模具和模時要求有一定的方向和方位，而導向機構還有定位，導向和承受一定側壓力的作用。本設計采用典型的導柱導套機構，具體如下；
注射模的導向機構主要有導柱導向和錐面定位兩種類型。導柱導向機構用于動、定模之間的開合模導向和脫模機構的運動導向。錐面定位機構用于動、定模之間的精密對中定位。
導柱：國家標準規(guī)定了兩種結構形式，分為帶頭導柱和有肩導柱，大型而長的導柱應開設油槽，內(nèi)存潤滑劑，以減小導柱導向的摩擦。若導柱需要支撐模板的重量，特別對于大型、精密的模具，導柱的直徑需要進行強度校核。
導套：導套分為直導套和帶頭導套，直導套裝入模板后，應有防止被拔出的結構，帶頭導柱軸向固定容易。
設計導柱和導套需要注意的事項有：
（1）合理布置導柱的位置，導柱中心至模具外緣至少應有一個導柱直徑的厚度；導柱不應設在矩形模具四角的危險斷面上。通常設在長邊離中心線的1/3處最為安全。導柱布置方式常采用等徑不對稱布置，或不等直徑對稱布置。
（2）導柱工作部分長度應比型芯端面高出6mm～8 mm，以確保其導向與引導作用。
（3）導柱工作部分的配合精度采用H7/f7，低精度時可采取更低的配合要求；導柱固定部分配合精度采用H7/k6；導套外徑的配合精度采取H7/k6。配合長度通常取配合直徑的1.5～2倍，其余部分可以擴孔，以減小摩擦，降低加工難度。
（4）導柱可以設置在動?；蚨＃O在動模一邊可以保護型芯不受損壞，設在定模一邊有利于塑件脫模。
根據(jù)模具的形狀和尺寸，在模具空閑位置開設導套孔和導柱孔其布置原則是必須保證動定模只能按一個方向合模本設計采用2根導柱對角分布的布置方式。
4 模具調(diào)試
4.1 試模
模具在制造完成之后，必須經(jīng)過試模驗證合格，才能投入使用。試模的目的是為了發(fā)現(xiàn)模具設計及制造中的問題，對原模具進行必要的修正。
4.2 裝模
在模具裝上注射機以前，應根據(jù)圖紙的要求對其進行檢驗，以便及時發(fā)現(xiàn)問題，以免裝上機后又拆下來。裝模時必須注意安全，在可能的情況下盡量整體安裝；當模具的定位圈裝入注射機上定模板后，用極慢的速度閉模，使動模板將模具輕輕壓緊。
模具緊固后，慢慢啟模，校正頂桿頂出距離。合理的距離應為：當動模板停止后退時，頂桿的位置應調(diào)節(jié)至模具上的頂出板和動模板之間尚留下不大于5mm的間隙，以防止頂壞模具，而又能頂出制件。為防止制件溢邊，又要保證型腔適當?shù)呐艢?，裝模時要調(diào)節(jié)閉模的松緊度，具體要求按實際情況來定。
4.3 試模
模具安裝好之后，便開始試模，看所得的制件是否滿足要求。模具是否合格，可按以下項目驗收：
4.3.1 制件質(zhì)量方面
尺寸，粗糙度符合圖紙要求；形狀完整無缺，表面光潔平滑，不得產(chǎn)生不允許的各種成型缺陷及弊病；推桿殘留的凹痕不得過深，一般不超過0.5mm,不存在推出不良和脫模等不良弊?。伙w邊不得超過規(guī)定的要求；保證制件的質(zhì)量穩(wěn)定。
4.3.2 模具性能方面
各種系統(tǒng)堅固可靠，活動部分靈活平穩(wěn)，動作互動協(xié)調(diào)，定位起止保證穩(wěn)定正常工作，滿足成型要求和制件質(zhì)量及生產(chǎn)效率；脫模性能好，制品流落方向符合設計要求；對成型條件及操作要求不苛刻；各主要的受力零件有足夠的強度及剛度；模具安裝平穩(wěn)性好，調(diào)整方便，工作安全；加料，取料方便安全；消耗塑料少；配件及附件的使用性能好。根據(jù)實際的試模結果，該模具能完全滿足以上要求，可以投入使用。
結束語
通過此畢業(yè)設計，掌握了模具設計的方法和步驟，并結合具體的零件進行了具體的設計工作，包括確定型腔的數(shù)目、選擇分型面、確定澆注系統(tǒng)、脫模方式、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設計、注射模成型零件尺寸的計算等。
畢業(yè)設計從測繪塑件圖紙，到完成CAD造型設計；完成塑件注射模具方案設計和相關設計計算；模具成型零件CAD造型設計；最后完成模具加工，掌握了完整的工程設計過程，工程設計應用能力得到了鍛煉和提高。
完成了注射模具的制造工藝設計，但由于缺乏實際工作經(jīng)驗，在這些設計過程中也遇到了很多困難，但在指導老師張躍的指導下，問題都迎刃而解。
在設計期間，我學習并運用CAD對電風扇葉片鎖緊螺母及注射模的所有零件進行了造型設計和對所有零件進行裝配設計。提高了我對CAD的運用能力和計算機的應用能力，為以后我的工作奠定了基礎。
總之，通過本次畢業(yè)設計，加強了我對各項知識的學習深度，更培養(yǎng)了分析問題和解決問題的能力，教會我怎樣才能按步驟有條不紊地進行工作。這些為我走上工作崗位奠定了堅實的基礎。
致 謝
本次畢業(yè)設計，對我在大學階段所學習的模具設計方面的知識做了一個很好的總結和鞏固，也對平時所學習的比較零散的知識做到了系統(tǒng)化的運用。也發(fā)現(xiàn)了自己在學科內(nèi)的某些方面知識的欠缺，做到了很好的復習和理解。
設計中用到了大量專業(yè)知識，例如機械設計.工程制圖.聚合物材料.塑料成型機械.塑料成型模具.材料力學.公差與配合等學科。通過在設計中查閱和復習其相關知識，對部分已生疏的學科又重新做了認識，且在以前學習的基礎上更加深了理解，同時也把書本上學到的知識用到了實際設計中，將單一的學科和其他配套學科融合在一起，學會了綜合考慮問題。在設計中還用到了一些計算機輔助設計軟件，更是受益匪淺，例如在設計中大量用到Auto CAD 來進行平面制圖，使得在設計中對于零件的平面投影以及尺寸可以很至關且很精確的表達。
通過本次設計，對模具的設計和加工有了一個比較系統(tǒng).全面的認識和了解，同時也遇到了很多問題，但在張躍老師的熱心指導下，終于圓滿完成了設計，在此對給予幫助的老師們表示真摯的感謝。
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